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变电所综合自动化系统抗电磁干扰的措施
 
慧聪网   2006年3月24日9时52分   信息来源:中国自动化网    

   1 前言

  变电所综合自动化系统是自动化技术、计算机技术和通信技术等高科技在变电所领域的综合应用。近年来,变电所综合自动化技术得到了迅速的发展,并得到了广泛的应用。但是,变电所综合自动化系统内部各个子系统都为低电平的弱电系统,它们所工作的环境是电磁干扰极其严重的强电场所,很容易受到这些电磁的干扰而不能正常工作,给电力系统的安全经济运行带来非常严重的后果。所以,提高自动化系统的抗电磁干扰能力,有着非常重要的意义。

  2 变电所内电磁干扰来源、传输途径和信号模式

  2.1 电磁干扰的来源
  目前,电力系统的电磁干扰源有外部干扰和内部干扰两个方面:外部干扰括了高压开关操作、雷电、短路故障、电晕放电、高电压大电流的电缆和设备向周围辐射电磁波、高频载波、对讲机等辐射干扰源,及附近电台、通信等产生的电磁干扰、静电放电等。内部干扰是由自动化系统的结构、元件布置和生产工艺等决定的。主要有杂散电感、电容引起的不同信号感应,长线传输造成的波反射、寄生振荡和尖峰信号引起的干扰等。但是,不论是内部还是外部干扰,它们都具有相同的物理特性,所以消除和抑制的措施基本是相同的。
  2.2 电磁干扰的传输途径电磁干扰按传输途径
  可分为两大类:传导干扰和辐射干扰。传导干扰是通过干扰源和被干扰设备之间的公共阻抗进行传播的,辐射干扰是通过电磁波进行传播的。两者之间会相互转换,辐射干扰经过导线可转换成传导干扰,传导干扰又可通过导线形成辐射干扰。
  2.3 电磁干扰的信号模式
  电磁干扰信号按其出现的方式,可分成两种模式:差模干扰和共模干扰。以串联的方式出现在信号源回路之中的干扰信号称为差模干扰,主要是由长线路传输的互感耦合所致。而共模干扰则是由网络对地电位发生变化而引起的干扰,共模干扰有时也称为对地干扰,它是造成自动化装置不能正常工作的主要原因。

  3 变电所内的电磁兼容

  变电所内电磁兼容的意义是:电气、电子设备或系统能够在规定的电磁环境下不因电磁干扰而降低工作性能,它们本身所发射的电磁能量不影响其它设备的正常工作,从而达到互不干扰,在共同的电磁环境下一起执行各自功能的共存状态。变电所综合自动化系统以微机、集成电路和电子元件为主要部件,属于电磁敏感设备,如果具有良好的电磁兼容性能,对保证自动化系统的安全、可靠运行有着十分重要的意义。解决其电磁兼容的途径,主要应当从提高抗电磁干扰的能力入手。

  4 变电所抗电磁干扰的措施

  干扰对变电所综合自动化系统在线运行的影响是严重的,若不采取有效的措施,将产生严重的后果。消除或抑制电磁干扰可针对电磁干扰的三要素来进行。电磁干扰三要素:干扰源、传播途径和电磁敏感设备。我们可在系统的硬件和软件方面采取一些必要的措施,以期消除或抑制电磁干扰。下面就硬件方面谈谈变电所综合自动化系统的抗电磁干扰措施。
  4.1 隔离和屏蔽
  变电所的微机监控系统、微机保护装置以及其它自动化装置所采集的模拟量,大多数来自一次系统的电压互感器和电流互感器,它们均处于强电回路中,不能直接输入到综合自动化系统,必须经过设置在自动化系统各种交流回路中的隔离变压器。这些隔离变压器一次、二次中间必须有隔离层和屏蔽层,而且屏蔽层必须安全接地,这样可起电场屏蔽作用,防止高频信号通过分布电容进入自动化系统的相应部件。
  变电所综合自动化系统开关量的输入,主要是断路器、隔离开关的辅助触点等。开关量的输出,大多数也是对断路器、隔离开关的控制。这些断路器和隔离开关都处于强电回路中,如果与自动化系统直接相连,必然会引起强的电磁干扰。因此要通过光耦合隔离或继电器隔离,这样会取得比较好的效果。开关量输入回路前及信号变换部分应考虑采用滤波,开关量输入信号送给CPU之前,必须进行隔离处理,可采用光电隔离,而且两级光电隔离的效果会比较好,在开关量输入板的出口处和CPU板的入口处各设置一级光电隔离。开关量输出回路也应该在前端采取隔离措施,可通过光耦合或继电器进行隔离,而且两级隔离的效果比较好,在CPU板的出口处和开关量输出板的入口处各设一级隔离。开关量输出回路一般都用于控制现场的设备,要求实时性强,所以一般不能加滤波器。
  二次回路布线时,应考虑隔离,减少互感耦合,避免干扰由互感耦合侵入。控制电缆尽可能离开高压母线,并尽可能减少平行布设长度。避雷器和避雷针的接地点、电容式电压互感器等都是高频暂态电流的入地点,控制电缆也应尽可能离开它们,以便减少感应耦合。强、弱信号的电缆不应使用同一根电缆,信号电缆应尽可能避开电力电缆,尽量增大与电力电缆的距离,并尽量减少平行布设长度。
  4.2 接地在变电所中,一次系统接地是以防雷和保证安全(系统中性点接地)为目的的,但它对二次回路的电磁兼容有重要的影响。如果接地合适,可以减少所内的高频瞬变电压幅值,特别是减少电网中各点的瞬变电位差,减低了电网中的瞬变电位升高。这对二次设备的电磁兼容很有好处。例如:①避雷针、避雷器的接地点应采用两根以上的接地线和加密接地网络;②设备接地处要增加接地网络互连线;③设备接地线要接于地网导体交叉处。
  二次系统的接地,从电磁兼容的角度来说,应做到:①多个电路共用接地线时,其阻抗应尽量减少;②由多个电子器件组成的系统,各电子器件的工作接地应连在一起,通过一点与安全接地网相连;③工作接地网各点的电位应尽量保持一致。
  电磁干扰可能进入综合自动化系统弱电部分的主要途径是通过微机电源。因为电源与干扰源的联系比较紧密,同时电源线直接连接至系统各部分,包括#$%部分,因此来自电源的干扰很容易引起死机。所以对微机电源的地线处理问题是很重要的。微机电源地线与机壳的连接方法有一点连接、多点连接和不连接三种。实践中,多采用微机电源地线和机壳不连接,它的优点是:由于干扰造成的流过电源的浪涌电流可大大减少,从而增加了抗共模干扰的能力,可明显地提高系统的安全性和可靠性。而缺点是:在电磁干扰下,对地电压降在微机电源和机壳之间浮动,如果微机系统中某一关键部分对机壳的耦合电容较大,则可能引起逻辑判断出错。针对电源地线与机壳不连接的缺点,我们可采用一些方法来尽量减少微机电源地线对机壳的耦合:①尽量减少地线长度,在允许的情况下加粗线径;②微机系统的印刷电路板周围都用电源线封闭起来;③印刷电路板上的要害部分不要走线过长,特别是不要引至面板
  4.3 微机电源的抗干扰
  微机电源回路是电磁干扰最容易进入的通道,所以在电磁兼容标准中,对于同一试验等级,电源回路的试验电压比其它回路高一倍,例如采用3级试验等级的EFT试验,电源回路的试验电压为2kV,其它回路为1kV。由于这个原因,所以电源回路必须采用比其它回路更多抗电磁干扰措施。对于微机电源的抗干扰,实践中,采取如下措施都是很有效的:①在电源的输入侧安装电源滤波器,可以滤去交流电源输入的高频干扰和高次谐波。在加装滤波器时有两个问题需要注意:一是选用合适类型的滤波器,不同类型的电源选择的滤波器也不同,如线性稳压电源滤波器、开关电源滤波器等。二是必须在电源进线的最前端放置滤波器,使滤波器之前的电源进线尽可能短,以尽量避免电磁干扰通过这段进线窜入装置内对电路其它部分产生影响。在可能的情况下,可考虑将滤波器直接安装在机箱上,让滤波器的金属外壳与机箱的金属外壳紧密接触;②在电源的输入侧安装隔离变压器,有隔离变压器的输出端直接向微机供电;③通过UPS电源向微机系统供电,可有效地抑制电网低频正常状态下的干扰。

  5 结束语

  随着电力系统的不断发展,电磁环境越来越恶劣,国内外对产品的电磁兼容测试要求会越来越严格,选用严酷度等级会越来越高,所以不断研究新方法、新型的抗电磁干扰材料、提高电子元件自身的抗电磁干扰能力,具有十分重要的意义。

 
 
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